Климатические характеристики Тульской области

Данная комплексная оценка используется в качестве перво­го приближе-ния для установления метеорологического потенциала атмосферы к самоочи-щению. Недостатком методики является неполнота рассматриваемого комплекса метеоэлементов, влияющих на процессы на­капливания и рассеивания примесей в атмосфере.

Количественным показателем состояния воздушного бассейна служит потенциал рассеивания атмосферы (ПРА). Под ПРА понимают совокупность метеорологических условий, характерных для той или иной территории и способ-ствующих как накоплению примесей в атмосфере, так и само­очищению воздуха.

Потенциал рассеивания атмосферы определяют по формуле:

ПРА = (Р_ш + Р_т) / (Р_о + Р_в), [формула 1]

где Р – повторяемость метеорологических параметров: Р_ш – скоростей ветра до 1 м/с, Р_т – дней с туманом, Р_о – дней с осадками более 0,5 мм/сут, Р_в – скорос-тей ветра более 6 м/с.

Согласно СНиП 23-01-99, повторяемость Р – это отношение числа слу-чаев со значениями, входящими в данный интервал, к общему числу членов ряда; определяется в процентах от общего числа случаев наблюдения. Повторяемость туманов может определяться и как отношение продолжительности туманов в часах к общему числу часов в году.

Например, если в течение месяца май зарегистрировано 10 дней с осад-ками интенсивностью более 0,5 мм/сут, то повторяемость осадков Р_о опреде-ляется так: Р_о = (10 / 31)  100 % = 32,26 %.

В среднем за год вклад величины Р_о в процессы самоочищения атмос-феры составляет примерно 40 %, а величины Р_в – 5-25 %. Вклад в процессы на-копления примесей в атмосфере величины Р_ш составляет 30-55 %, в величины Р_т – примерно 5 %.

В зависимости от того, используются ли многолетние значения метеоро-логических элементов или осредненные за непродолжительный период време-ни, различают климатический (КПРА) и метеорологический (МПРА) потенци-алы рассеивания атмосферы. Чем больше величина ПРА, тем хуже условия для рассеивания примесей в атмосфере. Если ПРА  1, то в рассматриваемый от-резок времени повторяемость процес­сов, способствующих самоочищению атмос-феры, преобладает над повторяемостью процессов, способствующих накопле-нию вредных примесей. Если же ПРА > 1, то преобладают процессы, способст-вую­щие накоплению вредных примесей. Диапазон изменения величины ПРА составляет от 0,1 до 5 единиц.

На основании расчетных значений ПРА осуществлено районирование тер-ритории РФ: ПРА  1 – хорошие условия для рассеивания приме­сей (ЕТС, Западная Сибирь); 1 < ПРА  2 – условия в целом неблагоприятные; ПРА > 2 – крайне неблагоприятные условия (Бурятия, Забайкалье, Якутия, час­ть Даль-него Востока).

Широкое практическое применение находит потенциал заг­рязнения ат-мосферы (ПЗА), разработанный в Главной геофизической об­серватории им. А.И. Воейкова. ПЗА показывает, во сколько раз средний уровень загрязнения воздуха, обусловленный реальной повторяемостью метеорологических условий в данном районе, будет выше, чем в неко­тором эталонном районе. Для расчета ПЗА определяют повторяемость приземных инверсий¹, скоростей ветра до 1 м/с, застоев воздуха, туманов и тем­пературу воздуха.

Одним из основных метеорологических параметров, способствую­щих на-коплению вредных примесей в приземном слое воздуха, являет­ся повторяемость скоростей ветра до 1 м/с. Эффект загрязнения усиливают туманы. В некоторых случа­ях при этом увеличивается и токсичность примесей. Факторами, способст-вующими самоочищению атмосферы, признают повторяе­мость дней с сильным ветром, способным выносить вредные примеси из очага загрязнения, разбавляя их по трассе, а также повторяемость дней с осадками, способствующими осаж-дению твердых фаз и снижающи-ми вероятность вторичного ветрового подъема пыли.

Установлено, что скорость ветра, способного вынести загрязняющие ве-щества из города, превышает 6 м/с. Это обусловлено тем, что в городе с разви-той промышленной инфраструктурой обычно существует два максимума кон-центрации загрязняющих веществ: первый при скоростях ветра до 1 м/с воз-никает за счет выбросов многочисленных низких источников, а второй при ско-ростях ветра 4-6 м/с – счет выбросов высоких источников. Интенсивность осад-ков, способных очистить атмос­феру, превышает 0,5 мм в сутки. Эмпи­рическим путем установлено, что именно такое количество осад­ков эффективно осаждает пыль естественного и техногенного происхождения.

На территориях, где преобладают низкие источники выбросов, а также вы-сокие источники с холодными выбросами, ПЗА рассчитывается по формуле:

ПЗА = 2,4exp [ 0,04 / (Z₂ – Z₁)² – (0,4 Z₁) / (Z₂ – Z₁) ] (формула 2]

где exp – основание натурального логарифма, Z₁ и Z₂ – аргументы интеграла вероятности Ф(Z) (табл. 3), при которых величина Ф(Z) связана с Р₁ и Р₂ следу-ющими соотношениями:

Ф(Z₁) = 1 – 2Р₁ [формула 3]

Ф(Z₂) = 1 – 2Р₂ [формула 4]

Р₁ = Р_ин + Р_ш – Р_з + Р_т [формула 5]

Р₂ = Р_з + Р_т [формула 6]

где Р_ин – повторяемость приземных инверсий; Р_ш – повторяемость скорос­тей ветра до 1м/с; Р_з – повторяемость застоев воздуха; Р_т – повто­ряемость туманов. Размерность величин Р₁ и Р₂ – доли единицы.

Внимание! В случае, если использование эмпирических данных приводит к результату Ф(Z) < 0, следует принять Ф(Z) = 0 и Z = 0.

Для территорий, на которых не проводятся регулярные метеорологичес-кие наблюдения, повторяемость приземных инверсий и застоев воздуха может быть определена по повторяемости штилей. Для большинства районов ЕТС эта связь выражается следующими уравнениями регрессии:

Р_ин = 31,4 + 0,29Р_ш [формула 7]

Р_з = 0,73Р_ш – 3,6 [формула 8]

Внимание! В формулы 7 и 8 величина Р_ш подставляется в ПРОЦЕНТАХ! Затем величины Р_ин и Р_з переводятся в ДОЛИ ЕДИНИЦЫ и подставляются в формулы 5 и 6.

Среднегодовые значения ПЗА в интервале от 2,4 до 3,0 характерны для областей, где повторяемость слабых ветров (штилей) составляет от 10 до 40 % и повторя­емость приземных инверсий менее 45 %. При увеличении повторяемос-ти слабых ветров, инверсий и застоев воздуха в среднем на 10-30 %, значения ПЗА достигают 3,0-3,5. Эти территории отличаются большей континентальнос-тью климата, продолжительной зимой и преобладанием слабых ветров в тече-ние года. Особенно неблаго­приятные условия для рассеивания примесей обра-зуются в защищенных горных долинах и котловинах. Здесь значения ПЗА до-стига­ют 3,5-4,0 и более (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Распространение загрязнений на подветренном склоне

По значениям ПЗА произведено районирование территории страны и вы-делены следующие зоны.

1. ПЗА  2,4 – низкий уровень загрязнения атмосферы, наилучшие усло-вия для рассеивания примесей (северо-запад ЕТС).

2. 2,4 < ПЗА  2,7 – умеренный уровень загрязнения (центр, юго-восток, северо-восток ЕТС; Западная Сибирь).

3. 2,7 < ПЗА  3,0 – повышенный уровень загрязнения (Нижнее Поволжье, Се­верный Кавказ, большая часть Урала и Западной Сибири, побережье северо-восточных и дальневосточных морей).

4. 3,0 < ПЗА  3,3 – высокий уровень загрязнения (Южный Урал, Крас-ноярский край).

5. ПЗА > 3,3 – очень высокий уро­вень загрязнения атмосферы (южные и горные районы Восточной Сибири).

К примеру, на территории Хабаровского края ПЗА изменяется от 2,4 до 4,3. В таком случае следует вывод, что территория края мало пригодна для раз-мещения крупных промышленных комплексов, а при разработке программ при-родопользования необходимо учиты­вать микро- и мезомасштабные климатичес-кие особенности региона.

Недостатком данной методики является то, что учитываются лишь усло-вия, способствующие накапливанию загрязняющих веществ в атмосфере, и не рассматриваются условия, способствующие рассеиванию примесей.

Таким образом, с помощью ПЗА определяют общую картину загрязнения атмосферы, а расчет ПРА детализирует полученное распределение с учетом местных микроклиматических осо­бенностей.